Премия ЮНЕСКО: хибинские минералы и глобальные проблемы человечества

Компания ФосАгро, ЮНЕСКО и Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) объявили результаты шестого конкурса «Зеленая химия для жизни». Среди семи молодых химиков, которые получат поддержку по грантовой программе, — Галина Калашникова, сотрудник центра наноматериаловедения Кольского научного центра РАН. Церемония награждения прошла 8 ноября. Победу в конкурсе Галине и её команде принес проект по получению аналогов титаносиликатных минералов из отходов металлургических и других предприятий. О свойствах редчайших минералов из Хибин и сложностях синтеза их аналогов Галина Калашникова рассказала в интервью Indicator.Ru.

— Галина, расскажите подробнее о том, что такое титаносиликаты. Вы давно изучаете эти материалы?

— Да, еще со студенчества, с момента прохождения практики в Апатитах я начала заниматься минералами Кольского полуострова. Титаносиликаты — достаточно редкие минералы, и многие из них встречаются только на месторождении в Хибинах, причем в очень малых количествах. Обычно это десятки граммов, а некоторые сложно насобирать даже на один грамм. Это очень сложные по составу гидротермальные минералы с высокой температурой кристаллизации. В исследовании природных титаносиликатов — их поиске, описании свойств, расшифровке кристаллических структур — нам помогают геологи, минералоги, кристаллографы. Моя задача как химика заключается в том, чтобы синтезировать аналог природного минерала и изучать его свойства уже на синтетическом продукте, который можно наработать в достаточном для экспериментов количестве.

— Какими свойствами примечательны титаносиликаты, и что в их строении и составе определяет их особенности?

— В основном уникальные свойства титаносиликатных материалов, как правило, заключаются в их кристаллической структуре. У них достаточно жесткий, устойчивый к агрессивным средам, к очень широкому диапазону кислотности, каркас из титана и кремния. Титаносиликаты могут включать разные химические элементы и отличаться по структуре. Для них характерна интересная система каналов и пор. У одних соединений могут быть широкие поры, у других узкие. Благодаря этому можно подбирать материал для определенных целей. Например, аналог природного минерала зорита ETS-4 обладает такой системой пор, которая позволяет использовать его как молекулярное сито для разделения газов, например, азота, кислорода, водорода и метана. Материалы с более широкими каналами могут быть использованы в качестве сорбентов для более крупных катионов, например, стронция, кобальта, никеля, железа.

— Насколько они востребованы в промышленности?

— Многие достаточно известные титаносиликаты, например ETS-4, природный прототип которого зорит был найден в Хибинах геологом-минералогом Юрием Павловичем Меньшиковым еще в 1972 году, уже широко применяется, в основном за рубежом. Метод его синтеза широко известен. Но для большого ряда титаносиликатов методы синтеза либо неизвестны (например, тундрит, чильманит, мурманит, селивановаит еще не имеют синтетических аналогов, хотя на природных образцах уже изучены их интересные химические свойства), либо очень сложны — фактически каждый раз приходится заново подбирать условия.

— И ваш проект заключается в создании методов синтеза новых титаносиликатов?

— Не совсем. На грант был заявлен проект по разработке универсального метода гранулирования уже полученных титаносиликатных материалов. В нашем центре наноматериаловедения мы совместно с СПбГУ разработали новые методики синтеза аналогов зорита, иванюкита, линтисита, кукисвумита. Но эти методы позволяют получать синтетический порошок, а для промышленных целей предпочтительнее гранулированный сорбент, так как его можно применить в более широком технологическом кругу. Так как мы планируем переходить к укрупненным испытаниям и внедрять методы в производство, необходимо найти универсальный и экологичный способ гранулировать порошки. Для очень многих титаносиликатов условия грануляции до сих пор неизвестны, еще сложнее получить стабильные гранулы, которые не разрушались бы при пропускании больших промышленных потоков газов или растворов через сорбент. По гранту мы планируем разработать универсальную технологию для любого сорбента.

— Что отличает ваши методики синтеза титаносиликатов от других известных?

— В основе — те же самые методы гидротермального синтеза. Они отличаются для разных материалов: у одного температура чуть выше, у другого чуть ниже, у третьего может достигать критических значений. Например, для получения кристаллов аналога ситинакита требуется температура свыше 900°C. Это вызывает определенные сложности с исполнением оборудования.

Наше главное преимущество в том, что мы можем синтезировать минералы из недорогих источников титана и кремния, как правило, из того, что остается при производстве основных продуктов обогатительных и металлургических предприятий по всему миру. Благодаря этому наши методики более дешевые. До нас никто еще не использовал в синтезе титаносиликатов вторичные ресурсы. Наша страна занимает одно из лидирующих мест в мире как по ресурсам титановых месторождений, так и по производству титановых продуктов. И для нас особенно важно использовать титаносодержащие руды более полно, увеличивать процент их переработки, получать больше полезных для человечества продуктов на их основе.

— А какое направление в применении синтетических титаносиликатов вы считаете самым важным?

— Это ликвидация жидких радиоактивных отходов. Титаносиликаты можно использовать в качестве сорбентов для извлечения цезия, стронция и других радиоактивных изотопов. Причем их можно не просто извлекать, но и долгосрочно и безопасно хранить в результате перевода порошка, уже содержащего в своем составе радиоизотопы, в прочную керамику. По сравнению с цементацией, остекловыванием и другими современными методами обезвреживания и хранения радиоактивных отходов этот способ позволяет более безопасно хранить изотопы без применения дополнительных мер защиты. Второе не менее важное применение титаносиликатов — в качестве сорбентов для сточных вод различных производств, где они улавливают тяжелые и цветные металлы. Сейчас мы плотно занимаемся третьим направлением, это применение титаносиликатных материалов в качестве гетерокатализиторов при производстве противосудорожных препаратов. Есть и четвертое направление, которое мы сейчас только начинаем разрабатывать, — создание литий-ионных аккумуляторов из титаносиликатных материалов, кристаллическая структура которых способна трансформироваться из каркасной в слоистую.

— Насколько близки созданные вами технологии к внедрению? С какими предприятиями вы сотрудничаете?

— На данный момент технологии отработаны не только в лабораторных условиях на чистых реагентах. Мы уже получали синтетические материалы, используя реальные отходы предприятий разных регионов, и изучали их сорбционные свойства на примере порошка с использованием радиоактивных растворов, остающихся после работы радиоактивных источников энергии, и реальных растворов электролитов металлургических предприятий. У нашего центра есть договор с несколькими предприятиями, с которыми мы сотрудничаем и в других направлениях, незаявленных в проекте на грант: это комбинат «Североникель» Кольской металлургической компании, АО «Апатит», Кольская АЭС, «РосРАО». Все они заинтересованы во внедрении наших продуктов.

— На какой срок рассчитана работа над грантовым проектом? Во что планируете вложить средства?

— Работа продолжится год. Размер гранта одинаковый для всех победителей — 30 тысяч долларов, около 1700000 рублей. Очень важно, что грант рассчитан не на зарплату, а на приобретение необходимого оборудования, закупку реактивов, повышение квалификации сотрудников, публикации по проекту, обсуждение его результатов на конференциях. Мы уже запланировали приобрести на эти средства гранулятор — для проекта он совершенно необходим. В планах у нас несколько конференций по радиохимии, имммобилизации радиоактивных отходов, работе со стоками различных металлургических производств. Ближайшая — Черняевская конференция в Москве, на которой встречаются, как правило, специалисты, занимающиеся металлургическими проблемами. Мы надеемся, что там и на других конференциях у нас получится встретиться с разными специалистами, обменяться опытом, представить свои результаты и найти новых потенциальных потребителей для наших разработок.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.